配合移動(dòng)設(shè)備不同充電應(yīng)用的全面保護(hù)方案

      采用電池供電的移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手持全球衛(wèi)星定位(GPS)系統(tǒng)等，在日常的充電/供電應(yīng)用中，它們的電池都面臨著正向/負(fù)向過(guò)壓、過(guò)流等眾多風(fēng)險(xiǎn)，故需要安全且小巧的電池充電管理，以盡可能的使電池的可用時(shí)間較長(zhǎng)、可用電壓較高、充電時(shí)間較短及電池生命周期時(shí)間較長(zhǎng)等。

      我們把普通墻式適配器或USB充電適配器到移動(dòng)設(shè)備電池的通道稱為直接充電通道，而把移動(dòng)設(shè)備電池到外部附件(如調(diào)頻收發(fā)器、負(fù)載揚(yáng)聲器和閃光模塊)的通道稱為反向供電/充電通道(參見(jiàn)圖1
移動(dòng)設(shè)備的直接充電通道和反向供電/充電通道示意圖)。

                                          圖一

      安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高能效、高性能半導(dǎo)體方案供應(yīng)商，針對(duì)移動(dòng)設(shè)備不同的充電應(yīng)用提供結(jié)合不同特性的過(guò)壓保護(hù)方案, 包括符合YD/T1591 手機(jī)充電器及接口標(biāo)準(zhǔn)，具有低導(dǎo)通阻抗，符合USB1.1/2.0電流消耗要求，具有快關(guān)閉時(shí)間，支持軟啟動(dòng)，并為客戶提供完整的技術(shù)支持。

      例如，在針對(duì)電壓/電流可達(dá)30 V/1A~2 A的墻式適配器充電保護(hù)方面，安森美半導(dǎo)體的正向過(guò)壓保護(hù)(OVP)器件包括NCP345/NCP346(僅驅(qū)動(dòng)器)、NCP347/NCP348(集成N溝道MOSFET)，以及正在提供樣品的集成NMOS、采用WDFN 1.6×2 mm/1.6×1.8 mm極小封裝的NCP349等等。其中NCP347/NCP348提供市場(chǎng)上最低的導(dǎo)通阻抗(典型值65 mΩ)，具有極短的關(guān)閉時(shí)間(典型值1.5 us)，能處理高達(dá)2 A的充電電流，欠壓鎖定(UVLO)和過(guò)壓鎖定（OVLO）電壓能藉金屬調(diào)整（Metal Tweak）在2.5 V至7 V范圍內(nèi)改變，為移動(dòng)設(shè)備提供強(qiáng)大的正向過(guò)壓保護(hù)功能。此外，安森美半導(dǎo)體還為墻式適配器充電保護(hù)提供結(jié)合OVP與過(guò)流保護(hù)(OCP)的器件，如NCP370(正/負(fù)向OVP及反向OCP)，以及正在提供樣品的NCP366(集成PMOS)和NCP367(集成PMOS和Vbat引腳)等。

      而在針對(duì)USB適配器的充電保護(hù)方面，安森美半導(dǎo)體集成PMOS的NCP360提供正向過(guò)壓保護(hù)功能，集成PMOS的NCP361提供正向過(guò)壓保護(hù)及過(guò)流保護(hù)功能；此外，結(jié)合OVP、OCP和靜電放電(ESD)保護(hù)的NCP362也正在提供樣品。下文我們將以NCP370和NCP362為例，探討這些器件如何為移動(dòng)設(shè)備充電應(yīng)用提供可靠的保護(hù)方案。

      NCP370為移動(dòng)設(shè)備電池充電/供電通道提供雙向保護(hù)

      移動(dòng)設(shè)備的直接充電通道面臨著浪涌電流效應(yīng)和正/負(fù)向過(guò)壓等風(fēng)險(xiǎn)。適配器熱插入的瞬間，由于線纜的寄生電感和輸入電容的緣故，危險(xiǎn)的高壓振鈴可能會(huì)損害移動(dòng)設(shè)備中敏感的集成電路(IC)。在這方面，設(shè)想的移動(dòng)設(shè)備保護(hù)方案應(yīng)可通過(guò)控制保護(hù)方案內(nèi)的MOSFET的導(dǎo)通，使移動(dòng)設(shè)備輸入電流和輸入電壓不超過(guò)IC所能承受的電壓值，從而保護(hù)移動(dòng)設(shè)備免于源自各種應(yīng)用環(huán)境下可能存在的過(guò)壓故障的損害，如由適配器內(nèi)部故障產(chǎn)生的正向過(guò)壓、適配器插反產(chǎn)生的負(fù)向過(guò)壓等。

      而在反向供電/充電通道方面，設(shè)想保護(hù)方案也必須解決電池放電/反向放電過(guò)流、反向浪涌電流、反向直接短路和反向通道電壓跌落等問(wèn)題。

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圖2：安森美半導(dǎo)體的正/負(fù)向OVP和反向OCP器件NCP370的功能模塊圖。

      安森美半導(dǎo)體的NCP370是實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)方案設(shè)想的業(yè)界首款集成型雙向保護(hù)器件,其功能模塊圖如圖2所示。其中，在針對(duì)直接充電通道的保護(hù)方面，新的NCP370提供高達(dá)+28 V的正向過(guò)壓保護(hù)和低至-28 V的負(fù)向過(guò)壓保護(hù)，顯著改善便攜設(shè)備的前端保護(hù)能力。同時(shí)NCP370還內(nèi)置過(guò)壓鎖定(OVLO)電路，在過(guò)壓條件下，只要輸入電壓超過(guò)OVLO閾值，輸出就會(huì)被關(guān)閉。NCP370集成了兩顆典型值為130 mΩ的低導(dǎo)通阻抗(Ron)的N溝道MOSFET(即NMOS)，支持高達(dá)1.3 A的大充電電流。而從圖2中可以看出，NCP370采用了兩個(gè)背靠背(back-to-back)的NMOS。控制第1個(gè)NMOS的門極，可以消除直接充電通道的浪涌電流和正向過(guò)壓。

圖3：安森美半導(dǎo)體NCP370的典型應(yīng)用電路圖。
      在反向供電通道保護(hù)方面，兩個(gè)NMOS構(gòu)成的背靠背方案能夠在輸入電壓低于電池電壓時(shí)避免電池放電。如果移動(dòng)設(shè)備的外部附件出現(xiàn)直接短路，可能瞬時(shí)出現(xiàn)源自電池的極高電流。NCP370中，與第1個(gè)NMOS背靠背的第2個(gè)NMOS控制反向通道浪涌電流及過(guò)流，而過(guò)流保護(hù)值為1.75 A（典型值），過(guò)流保護(hù)的限流設(shè)定還可通過(guò)外部電阻來(lái)調(diào)節(jié)。此外，NCP370集成的NMOS的導(dǎo)通阻抗極低，使由于導(dǎo)通阻抗引起的電壓跌落極低，減少額外損耗，并使附件可用電壓更高。

      綜上所述，安森美半導(dǎo)體的NCP370雙向(直接充電保護(hù)+反向供電保護(hù))保護(hù)器件提供上述設(shè)想保護(hù)解決方案的全部特征。對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，這器件的一項(xiàng)突出優(yōu)勢(shì)就是提供反向過(guò)流保護(hù)且過(guò)流保護(hù)閾值可通過(guò)改變電路參數(shù)來(lái)調(diào)整，使用起來(lái)非常方便。此器件具有低于1 µA的極低待機(jī)電流，可以避免在拔出墻式適配器或手機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)的電池放電，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。此外，NCP370還提供熱保護(hù)，出現(xiàn)內(nèi)部過(guò)熱時(shí)，集成的熱保護(hù)功能會(huì)關(guān)閉內(nèi)部MOSFET，以降低器件溫度。它的輸入引腳在靠近輸入引腳放置1個(gè)1 µF電容的配置下，NCP370可抵抗IEC61000-4-2 ESD測(cè)試規(guī)范中第4級(jí)±15 kV空氣放電及±8 kV接觸放電。

      NCP362為移動(dòng)設(shè)備USB 2.0應(yīng)用提供OVP、OCP、和ESD保護(hù)

      除了NCP370這樣的新器件，迄今為止，設(shè)計(jì)人員仍需要采用獨(dú)立的OVP、OCP、瞬態(tài)電壓抑制器件(TVS)等元件來(lái)保護(hù)易受損害的移動(dòng)設(shè)備，使其免受源于USB主設(shè)備(host)、墻式適配器、人體及不適配的交流-直流(AC-DC)適配器的電氣浪涌和靜電放電影響，以保護(hù)移動(dòng)設(shè)備。

      安森美半導(dǎo)體的NCP362是業(yè)界首款集成過(guò)流保護(hù)和ESD保護(hù)的過(guò)壓保護(hù)(OVP)的器件。把NCP362置于移動(dòng)設(shè)備的USB連接器之后，可為USB端口提供+20 V的過(guò)壓承受能力。NCP362過(guò)壓保護(hù)電壓設(shè)定為5.675 V，一旦外部總線電壓超過(guò)此保護(hù)電壓，NCP362將在1.5 us內(nèi)關(guān)斷內(nèi)部MOSFET，使VBUS鏈路開(kāi)路。如果某些特定應(yīng)用需要不同的過(guò)壓保護(hù)電壓，還能采用金屬調(diào)整(Metal Tweak)來(lái)改變OVP電壓，滿足客戶的不同要求。此外NCP362還提供過(guò)流保護(hù)，如果總線電流超過(guò)750 mA就使內(nèi)部MOSFET開(kāi)路。

      NCP362器件的OVP和OCP響應(yīng)速度都非常快，典型關(guān)斷時(shí)間為0.7 us，最大1.5 us，可為系統(tǒng)提供高效的保護(hù)。此外它集成了高速ESD保護(hù)二極管用于數(shù)據(jù)線路(D+和D-)保護(hù)，并集成了TVS用于USB端口的VBUS引腳保護(hù)，可承受IEC 61000-4-2 第4級(jí) ±15 kV空氣放電及±8 kV接觸放電測(cè)試。

      總結(jié)：

      手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備會(huì)采用墻式適配器、修配用適配器或USB適配器來(lái)充電，并可能需要為其外部附件供電。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合不同的應(yīng)用要求來(lái)設(shè)計(jì)充電/供電保護(hù)方案。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效半導(dǎo)體方案供應(yīng)商，提供豐富的過(guò)壓保護(hù)器件，在OVP的基礎(chǔ)上結(jié)合不同保護(hù)特性，滿足設(shè)計(jì)人員的不同應(yīng)用需求。本文簡(jiǎn)要介紹了安森美半導(dǎo)體的過(guò)壓保護(hù)方案，并以NCP370和NCP362為例，重點(diǎn)探討它們的特性、優(yōu)勢(shì)，特別是如何滿足移動(dòng)設(shè)備充電應(yīng)用的保護(hù)需求，幫助設(shè)計(jì)人員選擇適合的保護(hù)器件。安森美半導(dǎo)體還為客戶提供完整的技術(shù)支持和客戶服務(wù)，幫助他們?cè)谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。